1、杭州大剧院主舞台考虑线拉施工方案的计算分析StructuralEngineers2002;(4)?34?结构分析?杭州大剧院主舞台考虑线拉施工方案的计算分析邬拮华楼文娟唐锦春(浙江大学,杭州310027)陈忠麟周嵘(杭州市建筑设计研究院,杭州310012)提要杭州大剧院采用大跨预应力混凝土框架结构.本文主要对该剧院主舞台中的多层预应力混凝土框架进行了考虑张拉施工方案的计算分析.结果表明,现行设计法所得的预应力综合弯矩和预应力次弯矩与实际值有较大的偏离.本文以保证按逐层法施工时现行设计法能满足框架控制截面的抗裂和承载能力要求,提出了修正方法.关键词预应力混凝土,框架,施工方案Analysisof2、StructuralPerformanceinHangzhouGrandTheaterConsideringtheConstructionProcessWUZhehuaLOUWenjuanTANGJinchun(ZhejiangUniversity,Hangzhou310027)CHENZhonglinZHOURong(HangzhouArchitecturalDesignandRearchInstitute,Hangzhou310013)AbstractConstructionprocessofmultistoryprestressedconcreteframes(MPCF)shouldbe3、notedinstructuralanalysisbecausethesequenceofsteeltensionandconcretepouringdirectlyaffectsonbuildingmechanicalmode1.ButingeneralitisnotconsideredduringdesigningofMPCF.ThecalculatedmodelofthemainplatformintheHangzhouGrandTheaterisanalyzedconsideringtheconstructionprocess.Thekeysiteisreinfo?reedinorde4、rtosatisfytherequirementofcrackingcapacityandbearingcapacityoftheprestressedframe.Keywordsprestressedconcrete,frame,constructiontechnique.1工程概况杭州大剧院总建筑面积5万m2,总高度46.4m,地下四层,地上十层.主体结构由主舞台,主厅,音乐厅,多功能厅等组成,其结构平面布置见图1,剖面见图2.由于使用上的要求,跨度均在18m以上,故采用?结构分析?35?结构工程师2002;(4)有粘结预应力混凝土框架结构.考虑到本工程体量大,为节省模板和支架,加快施工进5、程,采用了逐层浇筑,逐层张拉的预应力张拉施工方案.而现行的设计方法是假定整体浇筑,整体张拉的施工方案进行计算.主舞台为左,右对称结构,现以主舞台左侧结构为例,由图3可见设计的计算模型不能真实地反映逐层法实际的施工情况,因此,结构内力的设计值将偏离实际值.那么,这种偏离是否会对结构正常使用阶段的抗裂性及承载能力存在不利的影响?如果存在,该如何估算内力偏离值的大小,并对结构的哪些控制截面予以加强?本文采用作者提出的方法ll来具体地讨论这些问题,以期能指导设计.图1大剧院结构平面布置简图图2大剧院剖面图StructuralEngineers2002;(4)-36?2计算模型-结构分析?.雾一日霍一i6、.事(a)逐层法施工计算模型(b)现行没汁法汁模型图3主舞台侧结构平面计算模型左侧主舞台为三层单跨预应力?昆凝土结构,跨度L为21m,与周围结构之问设置了抗震缝.底层,中间层,顶层层高分别为16m,7.5m,7.5m.现浇楼板厚200mm.大梁截面尺寸bh=6001500mm,梁间距3.6m,支承于500mm厚,25m长的侧墙上.预应力锚固体系选用铸锚体系,配低松弛预应力碳素钢丝,ltk=1750N/mm2,预应力筋张拉控制应力为0.70,两端张拉,预应力损失占27.5%.预埋波纹管,抛物线形布筋,反弯点在0.1,处.梁,板,柱混凝Zy上图4空间计算模型土强度等级为0.底层,上层楼面梁分别配预7、应力钢丝4束90根,100根5,抛物线形,梁承受楼面的梁板自重为60kN/m.根据主舞台结构布置的特点,建立了底部固支的空间有限单元计算模型(见图4),以精确计算内力.以搁置于侧墙上中间大梁的计算结果来讨论预应力张拉施工方案对设计的影响.3计算分析3.1框架的弯矩按逐层法的施工方案所得的预应力综合弯矩M综和预应力次弯矩M玖与现行设计法的计算结果进行比较,见图5和图6.梁板自重逐层施加与现行设计法一次性施加引起的框架弯矩比较见图7.图中在梁,柱控制截面处的第一,二排数据分别为现行设计法,逐层法(或梁板自重逐层施加)所得的内力.由图5,图6和图7可见,两种计算模型的计算结果有很大的差异.考虑逐层施8、加荷载所得的框架弯矩与现行设计法比较:对框架梁M综在边支座处偏小4.5%16.5%,而在跨中处偏大2.8%12.4%;M0;在边支座和跨中处偏小12%35%.在框架柱底层柱根,底层柱顶处偏大约35%;在中间各层柱根,顶层柱根,顶层在顶处偏小3%65%.?结构分析?37?结构工程师2002;(4)l47(19O)l8872925(1803)(3008)图5预应力综合弯矩(kN?m)图6预应力次弯矩(kN?m)986232l(820)(2487)图7梁板自重作用下的弯矩(kN?m)3.2简化计算的方法为估算两种计算模型的计算结果的差异,定义了弯矩相对差为=(M一M0)/M(1)式中,上标C,D分别9、表示为考虑施工方案和按现行设计法进行计算.根据结构力学原理,不难得出框架梁M综相对差不仅与梁柱线刚度比有关,而且与布置预应力筋形式及张拉力有关.框架梁M次相对差,框架柱M次(即M综)相对差,考虑施工梁板自重逐层施加引起的梁柱弯矩相对差仅与梁柱线刚度比有关.其中框架梁M次相对差是M综相对差的上限.由此可通过对大量的对称和不对称多跨多层框架电算结果分析,得到弯矩相对差随梁柱线刚度比变化的关系.以单跨为例,如图8,图9,图l0所示.V一一一V蒿墨静如一底层+中白J层r一项层图8框架梁预应力次弯矩相对差_支卜跨中图9框架梁预应力综合弯矩相对差O278啪姗O7435_磊川StructuralEngine10、ers2002;(4)?38?结构分析?霞一静一.畚.誊+底层扫:根+底层柱顶+中间层柱根*一中间层柱顶一顶层柱根一顶层柱顶图10框架柱预应力次弯矩(即综合弯矩)相对差对于本文的计算对象,底层,上层梁柱线刚度比分别为4.5和3.0.逐层法施工方案所得的MN和MS与现行设计法计算结果的相对差,见图11和图12.梁板自重逐层施工与现行设计法一次性施加引起的框架弯矩相对差见图13.图中在梁,柱控制截面处第一,二排数据分别为根据式(1)所得的相对差和由图11,图12,图13查得的相对差,比较可见:两者计算结果基本吻合.两者的偏差主要是由结构层高变化引起的.文献1给出了框架内力设计值偏离实际值的大小受张11、拉施工方案,所在层,所处部位(边跨,内跨,跨中,支座),结构的跨数,梁柱线刚度比,预应力等效荷载和梁板自重等各种因素影响的图表.当采用现行设计法以整榀框架为计算模型,一次性地施加上各荷载一l0.3(一2O)一53.2(一60)1.3(3)62l(一62)38.2(35)348(35)图ll预应力综合弯矩相对差(%)34.8(35)图l244.6(35)预应力次弯矩相对差(%)图13梁板自重作用下的弯矩相对差(%)所得到的内力,可按文献1所给的图中数据选定预应力等效荷载,梁板自重作用下控%0c;加3z避8)8)7)寻枷蛳?结构分析?39?结构工程师2002;(4)制截面处内力的放大系数进行修正,12、以满足抗裂和承载力的要求.3.3弯矩的迭加在现行设计法中,预应力等效荷载与梁板自重都是施加在整榀框架结构上.由于预应力效应与自重效应相反,迭加后结构内力的设计值与实际值的偏离将减少.如再加上其它恒,活载,则两者的偏差占总荷载效应的比例应较小.因此,当预应力等效荷载与梁板自重相当时,按现行设计法计算,对结构构件的抗裂性能及承载能力影响不大.如果当梁板自重与预应力等效荷载不相当时,按现行设计法计算就可能存在隐患.如重载下的普通混凝土框架,大活载下的重工业厂房.本工程经预应力张拉施工方案验算后,并与现行设计法的分析结果相比较,其内力如图14和图15所示.图中在90l604(983)(621)图14梁13、板自重作用F与预应力综合弯矩的组合(kN?n)梁,柱控制截面处第一,二排数据分别为按现行设计法和考虑施工方案所得.可见需对框架梁跨中处抗弯承载力,支座处抗裂性能进行加强.梁,柱配筋比现行设计法增加约6%.因此在设计中宜按两者的实际情况进行计算,再进行内力组合.47(82)3693599(254)(3354)图l5梁板自重作川下与预应力次弯矩的组合(kN?m)4结语通过对杭州大剧院主舞台多层预应力混凝土框架计算分析可知,预应力等效荷效,梁板自重作用下是否考虑张拉施工方案对结构内力有很大的影响.由于预应力效应与自重效应相反,迭加后并再与其他恒,活载进行内力组合,两者的偏差占总荷载效应的比例将减少.当梁板自重与预应力等效荷载不相当时,按现行设计法计算就可能存在隐患.须加强框架控制截面来满足结构抗裂和承载能力的要求.参考文献1邬韶华.考虑施工因素对预应力混凝土框架结构性能的影响.哈尔滨:哈尔滨建筑大学,19954)4)8姗嘲姗mm弘